基于剑麻植物纤维的绿色合成CaO纳米颗粒：生物医学应用的可持续路径

本研究针对传统纳米材料合成方法的环境污染和高成本问题，创新性地利用剑麻(Furcraea)植物纤维作为天然前驱体，通过绿色合成法制备了具有抗菌和抗生物膜功能的CaO纳米颗粒。研究人员采用XRD、FTIR、SEM-EDX和TGA等技术系统表征了纳米颗粒的半晶相结构、表面官能团和热稳定性，证实其对铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)具有显著抑制作用(抑菌圈达36±0.5mm)和生物膜破坏能力。该研究为开发可持续的抗菌涂层、伤口敷料和药物递送系统提供了新思路，推动了植物基纳米技术在生物医学领域的应用。

　　

在抗生素耐药性危机和环境污染双重挑战下，开发绿色可持续的纳米抗菌材料成为全球研究热点。传统化学法合成的纳米颗粒常使用有毒还原剂，存在生物相容性差和环境污染等问题。与此同时，铜绿假单胞菌等耐药菌形成的生物膜导致慢性感染难以治愈，迫切需要开发新型抗菌制剂。植物纤维因其丰富的纤维素、木质素和生物活性成分，成为绿色合成纳米材料的理想选择，但剑麻纤维在这一领域的应用尚未充分探索。

研究人员创新性地利用剑麻植物叶片纤维，通过水热提取和钙盐前驱体转化，建立了无化学还原剂的CaO纳米颗粒绿色合成体系。采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定表面官能团，扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)表征形貌和元素组成，热重分析(TGA)评估热稳定性，并通过琼脂扩散法和共聚焦显微镜评价抗菌和抗生物膜活性。

XRD分析显示制备的CaO纳米颗粒具有立方晶系结构，主要衍射峰对应(111)、(220)和(311)晶面，平均晶粒尺寸为28.1 nm。FTIR光谱在3365 cm^-1
处出现羟基特征峰，1588 cm^-1
为木质素芳香环振动峰，451 cm^-1
处Ca-O键振动证实了CaO的形成。SEM观察显示纳米颗粒呈多孔团聚形态，EDX定量分析表明其含氧(50.1 wt.%)、碳(32.6 wt.%)和钙(17.2 wt.%)元素。

抗菌实验表明，100 μg剂量组对铜绿假单胞菌的抑菌圈(36±0.5 mm)优于红霉素对照组(35±0.5 mm)。共聚焦显微镜显示纳米颗粒处理组生物膜中死菌(红色荧光)显著增加，证实其通过破坏细胞膜和诱导活性氧(ROS)产生发挥抗菌作用。TGA曲线显示材料在250°C以下保持稳定，主要失重阶段对应半纤维素(130-250°C)和纤维素(250-350°C)的分解，残留10-15%的碳钙复合物。

该研究首次证实剑麻纤维衍生的CaO纳米颗粒具有多重生物医学价值：其绿色合成工艺避免了有毒试剂的使用；半晶相结构和表面官能团赋予良好的胶体稳定性；对耐药菌和生物膜的双重抑制作用在伤口护理和医疗器械涂层领域具有应用前景；250°C的热稳定性支持其与医用高分子材料的复合加工。未来需进一步开展细胞毒性评价和体内抗菌实验，推动这一可持续纳米材料向临床转化。研究成果发表于《Results in Engineering》，为开发下一代环保型抗菌材料提供了重要参考。